硅片表面織構(gòu)對(duì)“SE+PERC”雙面單晶硅 太陽(yáng)電池電性能影響的研究

王守志，王麗婷，周?chē)[穎，孫 航，劉 陽(yáng)，黃國(guó)平

(中節(jié)能太陽(yáng)能科技(鎮(zhèn)江)有限公司，鎮(zhèn)江 212132)

0 引言

隨著化石能源緊缺和環(huán)境污染等問(wèn)題的加劇，人們對(duì)清潔能源的需求不斷增加，光伏發(fā)電技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。硅基太陽(yáng)電池因成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高，占據(jù)了光伏行業(yè)約90%的市場(chǎng)份額[1]。近年來(lái)，隨著選擇性發(fā)射極(SE)激光摻雜和鈍化發(fā)射極與背接觸(PERC)技術(shù)的發(fā)展[2]，尤其是“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的出現(xiàn)，使單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率已可提升至22%～24%。在硅片制絨環(huán)節(jié)，通過(guò)化學(xué)濕法腐蝕在單晶硅片表面制備金字塔狀的陷光結(jié)構(gòu)，即在單晶硅片表面形成織構(gòu)，可有效降低硅片表面的反射率，從而提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率[3-5]。但腐蝕后的金字塔形狀會(huì)影響磷擴(kuò)散深度和濃度、鈍化膜鈍化效果及絲網(wǎng)印刷銀電極的接觸，從而影響太陽(yáng)電池的電性能[6-8]。因此，如何優(yōu)化制絨工藝參數(shù)，提高單晶硅太陽(yáng)電池表面織構(gòu)的質(zhì)量，對(duì)提高單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要影響。

行業(yè)內(nèi)對(duì)單晶硅片的表面織構(gòu)已有較多研究。比如：李雪方等[9]通過(guò)改變粗拋時(shí)間及織構(gòu)時(shí)間探究減薄量對(duì)太陽(yáng)電池電性能的影響，最終在復(fù)合生產(chǎn)中確定了機(jī)臺(tái)的最佳粗拋和制絨時(shí)間；王興普等[10]在制絨前利用硝酸/氟化氫/冰醋酸混合溶液對(duì)硅片進(jìn)行粗拋，然后采用氫氧化鈉/硅酸鈉/異丙醇(NaOH/Na2SiO3·9H2O/IPA)體系混合溶液對(duì)粗拋后的硅片進(jìn)行制絨處理，獲得結(jié)構(gòu)完整、排布緊密且大小均勻的硅片表面織構(gòu)；吳文娟[11]使用TMAH/IPA體系溶液對(duì)單晶硅片表面進(jìn)行制絨，通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度在單晶硅片表面獲得了小而均勻的金字塔織構(gòu)。雖然調(diào)整制絨腐蝕液的類(lèi)型、濃度和添加劑的添加比例，以及改變刻蝕時(shí)的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，可以改善硅片表面金字塔的尺寸及均勻性，從而改善單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率[12-13,5]，但關(guān)于不同表面織構(gòu)對(duì)太陽(yáng)電池電性能影響規(guī)律的研究相對(duì)較少?；诖?，本文在硅片制絨環(huán)節(jié)，通過(guò)調(diào)整制絨添加劑的添加比例、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度，制備不同形貌的表面織構(gòu)，探索不同硅片表面織構(gòu)對(duì)“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)使用的硅片為太陽(yáng)能級(jí)摻硼p型金剛線切割單晶硅片，尺寸為166 mm×166 mm，厚度為170～175 μm，電阻率為0.5～1.5 Ω·cm。

1.1.1 硅片表面織構(gòu)制備

采用深圳市捷佳偉創(chuàng)新能源裝備股份有限公司生產(chǎn)的槽式單晶硅片制絨設(shè)備對(duì)單晶硅片表面進(jìn)行表面織構(gòu)制備，具體步驟為：1)預(yù)清洗；2)水洗；3)堿制絨；4)水洗；5)后清洗；6)酸洗；7)水洗；8)慢提拉；9)烘干。

1.1.2 太陽(yáng)電池制備

“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的制備流程如圖1所示。

圖1 “SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的制備流程圖Fig. 1 Production flow chart of“SE+PERC” bifacial mono-Si solar cell

為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可對(duì)比性，除制絨環(huán)節(jié)工藝參數(shù)不同外，太陽(yáng)電池制備過(guò)程中的其他工序的工藝參數(shù)均一致，均由同一條生產(chǎn)線生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前生產(chǎn)線制絨工藝參數(shù)，當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)在0.4%～0.6%之間、反應(yīng)時(shí)間在360～520 s、反應(yīng)溫度在80～88 ℃之間時(shí)，硅片表面能得到較好的表面織構(gòu)，且制得的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率較高。因此，以目前生產(chǎn)線制絨工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，在硅片制絨環(huán)節(jié)，本文設(shè)計(jì)了不同制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度條件下制備硅片表面織構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了上述3個(gè)參數(shù)變化對(duì)硅片表面微觀形貌、硅片表面反射率和制得的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池電性能的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)表征方法

清洗制絨后的硅片，然后采用FlexSEM 1000型掃描電子顯微鏡觀測(cè)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌；利用D8反射率測(cè)試儀測(cè)量硅片表面的反射率；利用HALM電學(xué)性能測(cè)試儀測(cè)試太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率Eta、填充因子FF、開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc、串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh等電性能參數(shù)；利用電致發(fā)光(EL)測(cè)試儀測(cè)試太陽(yáng)電池的EL特性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的影響

制絨添加劑主要由表面活性劑、成核劑和緩蝕劑等成分組成。其中，表面活性劑可改變?nèi)芤罕砻鎻埩?，包裹硅片表面有機(jī)物并溶解；成核劑利用有機(jī)基團(tuán)作為金字塔起絨點(diǎn)，在成核點(diǎn)處抑制硅與氫氧根(OH-)的反應(yīng)，能大幅提高金字塔成核密度，形成大量小尺寸的金字塔；緩蝕劑可控制反應(yīng)進(jìn)度，增大各向異性因子，達(dá)到初始反應(yīng)速率快、后期反應(yīng)速率慢的效果。

本實(shí)驗(yàn)選取同一批次硅片10000片，分成5組，每組2000片，除制絨腐蝕液中制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同，其余實(shí)驗(yàn)條件及控制標(biāo)準(zhǔn)均相同。制絨過(guò)程中，堿液(KOH)的體積分?jǐn)?shù)為2%，添加劑的體積分?jǐn)?shù)分別設(shè)置為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%和0.8%，反應(yīng)時(shí)間均為400 s，反應(yīng)溫度均為82 ℃。制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)得到的硅片表面織構(gòu)的微觀形貌如圖2所示。

從圖2中可以看出：制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，硅片表面的金字塔尺寸較大，且表面存在過(guò)度蝕刻的現(xiàn)象；隨著制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的增加，硅片表面的金字塔數(shù)量增多且尺寸逐漸減小，均勻性顯著改善；當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)增至0.7%時(shí)，硅片表面部分金字塔的尺寸可以減小至0.5 μm左右。

圖2 制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌Fig. 2 Micromorphology of surface texture of silicon wafers at different volume fractions of texturing additives

在制絨過(guò)程中，硅片表面發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，氣泡的直徑和密度直接影響制絨的反應(yīng)速率，從而影響硅片表面織構(gòu)的幾何特征。氣泡的大小及其在硅片表面的停留時(shí)間，與刻蝕液的粘度和表面張力有關(guān)。當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，添加劑中的表面活性劑含量較低，刻蝕液的表面張力較大，因此，硅與氫氧根之間的反應(yīng)較為強(qiáng)烈，造成反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的氫氣，且無(wú)法快速?gòu)墓杵砻婷撾x，在溶液張力的作用下，氣泡變大，氣泡中的金字塔也隨之變大。隨著制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的提高，刻蝕液的表面張力逐漸降低，使氫氣快速?gòu)墓杵砻婷撾x，由于離開(kāi)時(shí)氣泡的尺寸較小，因此金字塔的尺寸也相應(yīng)較小，且成核點(diǎn)增多，金字塔數(shù)量增加。但隨著制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的持續(xù)增長(zhǎng)，緩蝕劑會(huì)阻止硅原子的懸掛鍵與氫氧根反應(yīng)，從而使金字塔尺寸非常小，不利于光的多次吸收。

制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)硅片表面的反射率情況如圖3所示。

圖3 制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)硅片表面的反射率情況Fig. 3 Reflectivity of silicon wafer surface with different volume fractions of texturing additives

從圖3可以看出：隨著制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的增加，硅片表面的反射率呈先降低后升高的變化趨勢(shì)；當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，硅片表面的反射率最低，約為10.21%。這是因?yàn)楫?dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，硅片表面的金字塔尺寸較大，不利于光的多次反射，陷光效果差，因此硅片表面反射率較高。但當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，制絨添加劑對(duì)刻蝕反應(yīng)的抑制性增強(qiáng)，氫氧根對(duì)硅的腐蝕效果減弱，在硅片表面出現(xiàn)了金字塔未覆蓋的位置，這些位置增加了光的反射，從而使硅片表面反射率升高。

EL測(cè)試常用來(lái)判別太陽(yáng)電池的品質(zhì)，其測(cè)試原理是在太陽(yáng)電池兩端施加反向電壓，注入非平衡態(tài)載流子，非平衡態(tài)載流子與電池內(nèi)部的載流子復(fù)合產(chǎn)生光子，利用CCD相機(jī)捕捉產(chǎn)生的光子，最后將捕捉到的光子信息在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)，從而發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)電池的缺陷。“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池對(duì)硅片表面狀態(tài)非常敏感，硅片表面出現(xiàn)任何異?；蛭廴荆鶗?huì)導(dǎo)致“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池在EL測(cè)試時(shí)出現(xiàn)黑斑或黑點(diǎn)。異常“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的EL成像圖如圖4所示。

圖4 異常“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的EL成像圖Fig. 4 EL imaging of abnormal“SE+PERC”bifacial mono-Si solar cells

制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)制得的“SE+ PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的黑斑、麻點(diǎn)、臟污片占比如表1所示。

表1 制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)制得的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的黑斑、麻點(diǎn)、臟污片占比Table 1 Proportion of dark spots，pits and dirty sheets of “SE+PERC”bifacial mono-Si solar cells prepared by different volume fractions of texturing additives

從表1中可以看出：隨著制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)的增加，太陽(yáng)電池的黑斑片、麻點(diǎn)片和臟污片的占比逐漸降低；在制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，黑斑片、麻點(diǎn)片的占比最小，比制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)降低了36%。

不同制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)時(shí)制成的“SE+ PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 不同制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)時(shí)制備的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)Fig. 5 Variation trend of electrical properties of “SE+PERC” bifacial mono-Si solar cells made with different volume fraction of texturing additives

從圖5中可以看出：當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓、短路電流和填充因子均最低，導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率最低，僅為22.607%。這是因?yàn)樵擉w積分?jǐn)?shù)時(shí)硅片表面的金字塔尺寸較大且均勻性差，使太陽(yáng)電池對(duì)光子的捕獲能力弱，表面光損失較大，導(dǎo)致其短路電流降低；另外，金字塔尺寸大會(huì)導(dǎo)致金字塔頂端和谷底鈍化膜的沉積厚度不均勻，使鈍化效果減弱，導(dǎo)致太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓和填充因子較低，最終太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，制得的太陽(yáng)電池具有最高的短路電流(11.008 A)和最高的光電轉(zhuǎn)換效率(22.676%)，這可歸因于制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，硅片表面織構(gòu)是均勻且致密的小尺寸金字塔結(jié)構(gòu)，增加了對(duì)光的吸收，同時(shí)也促進(jìn)了良好的表面鈍化效果[6]。當(dāng)制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，雖然硅表面的金字塔尺寸很小，得到的太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓和填充因子相對(duì)較高，但尺寸過(guò)小的金字塔不利于光的吸收，導(dǎo)致太陽(yáng)電池的短路電流較低，為10.985 A，因此，該太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率低于制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)制備的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

2.2 不同反應(yīng)時(shí)間的影響

為研究不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)硅片表面織構(gòu)微觀形貌、硅片表面反射率及“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池電性能的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)選取同一批次硅片10000片，分成5組，每組2000片，除制絨過(guò)程中的反應(yīng)時(shí)間不同外，其余實(shí)驗(yàn)條件及控制標(biāo)準(zhǔn)均相同。制絨過(guò)程中，堿液(KOH)的體積分?jǐn)?shù)為2%，制絨添加劑的體積分?jǐn)?shù)為0.7%，反應(yīng)溫度為82 ℃，反應(yīng)時(shí)間分別為360、400、440、480和520 s。不同反應(yīng)時(shí)間時(shí)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌如圖6所示。

圖6 不同反應(yīng)時(shí)間時(shí)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌Fig. 6 Micromorphology of surface texture of silicon wafers at different reaction times

從圖6中可以看出：隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，硅片表面金字塔的尺寸逐漸增大。反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)(見(jiàn)圖6a和圖6b)，硅片表面的金剛線切割條紋較為明顯，其表面存在大量不規(guī)則重疊的金字塔和一些未被任何金字塔結(jié)構(gòu)覆蓋的區(qū)域，大部分金字塔尺寸小于1 μm且分布不均勻，而大尺寸的金字塔顆粒均分布于切割損傷處。隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到400 s(見(jiàn)圖6c和圖6d)，硅片表面小尺寸金字塔逐漸增加，金字塔之間的尺寸差異減小，硅片表面的溝壑趨于平坦。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為440 s時(shí)(見(jiàn)圖6e和圖6f)，硅片表面的溝壑幾乎完全被金字塔覆蓋，且表面金字塔尺寸較為適中，織構(gòu)的均勻性較好。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為480 s時(shí)(見(jiàn)圖6g和圖6h)，硅片表面的金字塔尺寸繼續(xù)變大，大尺寸的金字塔占據(jù)主導(dǎo)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)(見(jiàn)圖6i和圖6j)，硅片表面的金字塔尺寸繼續(xù)增大，且出現(xiàn)過(guò)度刻蝕現(xiàn)象。

反應(yīng)時(shí)間不同時(shí)硅片表面的反射率曲線如圖7所示。

圖7 反應(yīng)時(shí)間不同時(shí)硅片表面的反射率曲線Fig. 7 Reflectivity curve of silicon wafers surface with different reaction times

從圖7可以看出：當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至440 s時(shí)，硅片表面的反射率降至最小值，為9.926%；隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，硅片表面的反射率逐漸升高，而在反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)達(dá)到最高值，為11.050%。

綜合硅片表面織物的微觀形貌和其反射率結(jié)果可知：最佳反應(yīng)時(shí)間為440 s。這是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間為360 s時(shí)，硅片表面存在大面積金字塔未覆蓋區(qū)域，且大部分金字塔尺寸較小，可達(dá)到納米級(jí)，平而矮的金字塔結(jié)構(gòu)的陷光效果差，導(dǎo)致硅片表面的反射率較高；而反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)，硅片表面的金字塔尺寸較大，均勻性差，不利于光的二次吸收，使硅片表面的反射率同樣較高。

不同反應(yīng)時(shí)間下制備的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)如圖8所示。

圖8 不同反應(yīng)時(shí)間下制備的“SE+PERC” 雙面單晶硅太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)Fig. 8 Variation trend of electrical properties of“SE+PERC”bifacial mono-Si solar cells prepared at different reaction times

從圖8可以看出：隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，制備的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓逐漸降低；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)，太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓最低，為0.6898 V。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，硅片表面金字塔的尺寸逐漸增大，大尺寸金字塔會(huì)導(dǎo)致金字塔頂端和谷底鈍化膜的沉積厚度不均勻，從而削弱太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)[7]。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，太陽(yáng)電池的短路電流先增長(zhǎng)后降低；在反應(yīng)時(shí)間為440 s時(shí)，短路電流達(dá)到最大值，為11.011 A；而在反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)，短路電流降至最小值，為 10.982 A。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，硅片表面的金字塔尺寸逐漸增大，均勻性變差，硅片表面的反射率提高，光損失增大，造成太陽(yáng)電池的短路電流降低。隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，太陽(yáng)電池的填充因子整體上呈逐漸降低的趨勢(shì)；在反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)，填充因子達(dá)到最小值，為81.84%。由于填充因子反映了電池材料的接觸性能，在絲網(wǎng)印刷后，銀微晶主要分布在金字塔頂部區(qū)域，在銀漿顆粒大小一定的情況下，小尺寸金字塔的接觸面積高于大尺寸金字塔的，因此小尺寸金字塔具有更低的接觸電阻[8]。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率先增加后降低；在反應(yīng)時(shí)間為440 s時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值，為22.696%；而在反應(yīng)時(shí)間為520 s時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率降至最小值，為22.615%。綜上所述，反應(yīng)時(shí)間為440 s時(shí)，硅片表面的織構(gòu)效果最佳。

2.3 不同反應(yīng)溫度的影響

在硅片表面織構(gòu)過(guò)程中，硅片與制絨刻蝕液接觸時(shí)，反應(yīng)溫度是影響氫氧根、添加劑及雜質(zhì)離子在溶液中擴(kuò)散速度的主要因素，反應(yīng)溫度越高，氫氧根擴(kuò)散到硅片表面的速度就越快。為了確定與添加劑最為匹配的反應(yīng)溫度，選取同一批次硅片10000片，分成5組，每組2000片，除制絨時(shí)的反應(yīng)溫度不同外，其余實(shí)驗(yàn)條件及控制標(biāo)準(zhǔn)均相同。硅片表面織構(gòu)過(guò)程中，堿液(KOH)的體積分?jǐn)?shù)為2%，制絨添加劑的體積分?jǐn)?shù)為0.7%，反應(yīng)時(shí)間為440 s，反應(yīng)溫度分別設(shè)置為80、82、84、86和88 ℃。

不同反應(yīng)溫度時(shí)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌如圖9所示，對(duì)應(yīng)得到的硅片表面的反射率如圖10所示。

圖9 不同反應(yīng)溫度時(shí)硅片表面織構(gòu)的微觀形貌Fig. 9 Micromorphology of silicon wafer surface texture at different reaction temperatures

圖10 不同反應(yīng)溫度時(shí)硅片表面的反射率曲線Fig. 10 Reflectivity curve of silicon wafers surface at different reaction temperatures

綜合圖9、圖10可以看出：隨著反應(yīng)溫度的升高，硅片表面的金字塔尺寸逐漸增大。反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)，硅片表面的金字塔尺寸較小，分布不均，棱角不清晰，金字塔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)密而層疊的特征，且局部存在金字塔未覆蓋區(qū)域。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度低時(shí)，反應(yīng)速率較慢，在440 s內(nèi)無(wú)法形成理想的金字塔絨面結(jié)構(gòu)，且此時(shí)硅片表面的反射率較高，為10.418%。隨著反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快，硅片表面的金字塔尺寸增大，均勻性提升。當(dāng)反應(yīng)溫度為84 ℃時(shí)，硅片表面的金字塔尺寸較小，均勻性最強(qiáng)，硅片表面的反射率達(dá)到最低值，為9.914%。但當(dāng)反應(yīng)溫度繼續(xù)升高，反應(yīng)速率過(guò)快，產(chǎn)生大量氫氣并附著在硅片表面，影響刻蝕液與硅片的接觸，使金字塔尺寸增大，大尺寸金字塔占據(jù)主導(dǎo)，均勻性降低。反應(yīng)溫度過(guò)高還會(huì)使添加劑揮發(fā)，導(dǎo)致溶液組分穩(wěn)定性下降，影響硅片表面織構(gòu)均勻性，使硅片表面的反射率升高；當(dāng)反應(yīng)溫度為88 ℃時(shí)，反射率達(dá)到最高值，為11.110%。

不同反應(yīng)溫度時(shí)制備的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)如圖11所示。

圖11 不同反應(yīng)溫度時(shí)制備的“SE+PERC”雙面單晶硅 太陽(yáng)電池的電性能變化趨勢(shì)Fig. 11 Variation trend of electrical properties of“SE+PERC”bifacial mono-Si solar cells prepared at different reaction temperatures

從圖11可以看出：隨著反應(yīng)溫度的升高，“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓逐漸降低；當(dāng)反應(yīng)溫度為88 ℃時(shí)，開(kāi)路電壓最低，為0.69020 V。隨著反應(yīng)溫度的升高，太陽(yáng)電池的短路電流先增長(zhǎng)后降低；在反應(yīng)溫度為84 ℃時(shí)，短路電流達(dá)到最大值，為11.020 A；在反應(yīng)溫度為88℃時(shí)，短路電流降至最小值，為10.984 A。隨著反應(yīng)溫度的升高，太陽(yáng)電池的填充因子逐漸降低，在反應(yīng)溫度為88 ℃時(shí)，填充因子最低，為81.83%。隨著反應(yīng)溫度的增加，太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率先增加后降低；在反應(yīng)溫度為84 ℃時(shí)，硅片表面的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值，為22.714%；在反應(yīng)溫度為88℃時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率降低到最小值，為22.628%。當(dāng)反應(yīng)溫度小于84 ℃時(shí)，硅片表面的金字塔均勻性隨反應(yīng)溫度的增加而逐漸提高，反射率逐漸降低，從而使“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的短路電流逐漸提高；小而均勻的金字塔形貌能有效減少金字塔表面及內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，載流子復(fù)合的概率較低，使硅片的少子壽命增長(zhǎng)，從而使具有小而均勻金字塔形貌的硅片制備的“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)更強(qiáng)，開(kāi)路電壓和填充因子相應(yīng)較大。反應(yīng)溫度為80 ℃和82 ℃時(shí)“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率低于反應(yīng)溫度為84℃時(shí)的，這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度為80℃和82℃時(shí)太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)的增益小于吸光率的削弱量。當(dāng)反應(yīng)溫度大于86 ℃后，硅片表面的金字塔尺寸變大，光損失增大，且硅片表面金字塔織構(gòu)導(dǎo)致的表面缺陷增加，p-n結(jié)反向飽和電流增大，太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)被削弱，導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率降低。綜上所述，反應(yīng)溫度為84 ℃時(shí)，硅片表面的織構(gòu)效果最佳。

3 結(jié)論

本文研究了制絨添加劑體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度變化對(duì)單晶硅片表面織構(gòu)形貌和反射率，以及“SE+PERC”雙面單晶硅太陽(yáng)電池電性能的影響，得出以下結(jié)論：

1)在制絨刻蝕液中加入適量的添加劑可以使成核點(diǎn)致密、均勻，但過(guò)量的表面活性劑會(huì)抑制硅與氫氧根之間的反應(yīng)，形成大量尺寸小于1 μm的金字塔。添加劑可以有效改善硅片表面清洗效果，其占比越高，黑斑、麻點(diǎn)太陽(yáng)電池的占比越小。實(shí)驗(yàn)中，在添加劑體積分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，硅片表面的反射率最低，EL測(cè)試得到的黑斑、黑點(diǎn)、臟污太陽(yáng)電池的概率相對(duì)較低，太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率也最高，為22.676%。

2)硅片表面金字塔尺寸隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變大，過(guò)小和過(guò)大的金字塔尺寸均不利于光的多次反射。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為440 s時(shí)，金字塔尺寸較小，均勻性最強(qiáng)，硅片表面的反射率最低，為9.926%，此時(shí)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，為22.696%。

3)隨著反應(yīng)溫度的提高，硅片表面金字塔尺寸逐漸增大，在反應(yīng)溫度為84 ℃時(shí)，金字塔尺寸較小，反射率最低，為9.914%，對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，為22.714%。